宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们(men)发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并(bìng)且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可以确定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的(de)数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是(shì)无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的(de)质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科(kē)学家们(men)会使用一(yī)种相对标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测(cè)量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗物质的(de)力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科(kē)学(xué)家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们(men)看不到(dào)的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质的(de)质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学(xué)家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系(xì)尺度中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会沿(yán)着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现(xiàn)在的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的(de)普通质量都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不(bù)是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本(běn)身(shēn)并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当(dāng)人(rén)们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解(jiě)释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分(fēn)表(biǎo)示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的(de)区(qū)域(yù)，但实际(jì)上它们之(zhī)间的(de)温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们(men)通过(guò)对(duì)前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是(shì)宇宙(zhòu)当(dāng)中存(cún)在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的(de)电(diàn)磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的(de)存(cún)在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们(men)已经提出(chū)了数(shù)十种的(de)假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人我想说世间万物一切都不及你是什么歌，满天星辰不及你歌词类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在(zài)每(měi)年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗(àn)物质(zhì)会产生周(zhōu)期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又(yòu)在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季(jì)节(jié)与之前的实(shí)验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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